一种氧化锌空心球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌空心球的制备方法。本发明专利技术制备方法为超声法，包括如下步骤：（１）将锌盐溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中，进行超声反应；（２）将产物离心分离，经过水洗、醇洗、干燥，得到氧化锌空心球。本发明专利技术方法简单、方便、快速、重现性好，制得的氧化锌空心球可广泛用于催化、化学反应载体、药物输运、化妆品、涂料、太阳能电池等领域。利用本发明专利技术氧化锌空心球制备染料敏化太阳能电池具有成本低，原材料丰富，无毒无污染，部分材料可以回收等优点，对环境保护具有重要意义，在大面积工业化生产中具有较大优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氧化锌纳米粒子领域，具体涉及。
技术介绍
氧化锌空心球的制备方法主要有水热法，模板剂法(硬模板剂或软模板剂)、高温气相沉积法等，但其合成费时且耗能，且对于空心球的应用研究也很少。超声化学已作为一种高效便捷的合成方法，广泛用来制备各种形貌的纳米材料。 超声辐照产生的“声空化”作用，在极短的时间内、在空化泡周围的极小空间中，将产生瞬 间的高温5000K和高压(20MPa)及超过1010K/S的冷却速度.并伴随强烈的冲击波、射流 及光电作用，这种瞬间产生的高温高压条件在新材料合成中展现了其他方法不可比拟的优 点.如有效控制形貌、加快反应速率、产率高、易操作和清洁环保等。如果可以将超声化学 方法用于制备氧化锌空心球，将有可能使所得的氧化锌空心球的性能更好，且制备方法也 较之前简单。
技术实现思路
本专利技术的目的在于根据现有制备氧化锌空心球的方法中存在的合成繁琐，耗能大 的缺点，提供一种简单方便快速且可以提高氧化锌空心球性能的制备方法。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现，包括如下步骤(1)将锌盐溶解在有机溶剂和水 的混合溶剂中，进行超声反应；(2)将产物离心分离，经过水洗、醇洗、干燥，得到氧化锌空 心球。利用本专利技术超声法制备得到了由氧化锌纳米粒子(10 50nm)组成的氧化锌空心 球(100 IOOOnm)。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述锌盐为醋酸锌、硝酸锌、氯化锌或硫酸 锌，锌盐的摩尔浓度为0. 005 0. 5mol/L。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述有机溶剂为二甲基亚砜、N，N- 二甲基甲 酰胺、二甘醇、乙二醇或丙三醇；其中，水的体积占混合溶剂体积的5 95体积％。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述超声反应是通过超声仪完成的，超声仪 的功率为50 500W，振幅为10 90%。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述超声反应的时间为1 180min。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述干燥的温度为20 100°C。本专利技术方法制得的氧化锌空心球利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜进行 了详细的表征。所述氧化锌空心球的生长机理是先经过聚集，即由氧化锌纳米粒子组装聚集形成 实心球，然后再经过奥斯特熟化过程，最终形成空心球结构。本专利技术方法制得的氧化锌空心球可广泛用于催化、化学反应载体、药物输运、化妆品、涂料、太阳能电池等领域。尤其是作为光阳极用于染料敏化太阳能电池领域时，比常规 氧化锌纳米粒子具有更高的光电转换效率。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果(1)本专利技术利用超声法制备分级氧化锌空心球，分级氧化锌空心球的超声法具有 合成方法简单、方便、快速及重现性好等优点；(2)利用所合成的氧化锌空心球获得了比常规氧化锌纳米粒子更高的光电转换效 率，比传统纳米粒子要高38. 8% ；(3)本专利技术制备方法所得的氧化锌空心球可以用于制备染料敏化太阳电池，该电 池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是原材料丰富、 成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生 产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意 义。附图说明图1为不同反应时间后的氧化锌空心球的XRD图；(a) 3min, (b) IOmin, (c) 30min, (d) Ih ；图2为超声反应30min后的氧化锌空心球的SEM，TEM图；(a)扫描电镜(SEM)图，(b)低倍透射电镜(TEM)图，(c)单个氧化锌空心球的TEM图，(d)高分辨透射电镜(HRTEM) 图；图3为不同超声反应时间合成的氧化锌空心球的扫描电镜图；(a) (b)3min，(c)-(d)IOmin, (e) (f) Ih ；图4为染料敏化太阳能电池光电转换效率与氧化锌空心球厚度的关系。 具体实施例方式以下结合实施例来进一步解释本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。实施例利用醋酸锌、二甲基亚砜、水作为原料，利用超声辐照合成分级氧化锌空心球。称 1. 098g醋酸锌放入一个IOOml的烧杯中，加入47. 5ml 二甲基亚砜，再加入2. 5ml水，将超声 波细胞破碎仪的探头放入烧杯中，并将其功率调节为300W，设置超声模式为8s，时间为lh， 超声结束后离心分离取白色沉淀，再水洗、醇洗各3次。在60°C烘干即可。干燥后的白色粉末直接用于XRD测试，判断其晶型，结果发现所制备的氧化锌为 纤锌矿结构(见图1)，用扫描电镜来观察其形貌，用透射电镜来测定其形貌和晶体结构(图 2)，发现亚微米尺寸的分级氧化锌空心球是由纳米粒子组成的，其中纳米粒子尺寸约为15 纳米，空心球尺寸为500纳米。通过扫描电镜来观察不同反应时间的样品的形貌(图3)，并 讨论空心球的生长机理，发现氧化锌空心球是经过聚集和奥斯特熟化过程而形成的。把乙基纤维素、松油醇和乙醇加入到氧化锌空心球中，研磨30min形成浆料。利用丝网印刷法将氧化锌浆料涂在经过清洗的导电玻璃上，然后在500°C锻烧，氧 化锌的厚度可通过印刷不同的次数来调控。 经过煅烧涂在导电玻璃上的氧化锌膜放在0. 5mM的N719染料中浸泡15 24h，然后与沉积Pt的导电玻璃(对电极)组装在一起，并加入电解质(电解液的配方0.6mol/L PMI1,0. 03mol/L I2,0. 05mol/L LiI,0. lmol/L Guanidiniumthiocyanate(GuSCN),0. 5mol/ L 4-tert-butylpyridine(TBP)溶解在体积比为85 15的乙腈和戊腈混合液中)，即可用 来测试光电转换效率。所得的光电转换效率与氧化锌空心球的厚度有关系(见图4)，最高 的光电转换效率是4. 33%，它是基于9. 1微米厚的氧化锌空心球，比用9. 0微米厚的氧化锌 纳米粒子的光电转换效率(3. 12% )高了约38. 8%。权利要求，其特征在于所述制备方法为超声法，包括如下步骤(1)将锌盐溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中，进行超声反应；(2)将产物离心分离，经过水洗、醇洗、干燥，得到氧化锌空心球。2.根据权利要求1所述氧化锌空心球的制备方法，其特征在于所述氧化锌空心球的尺 寸为100 lOOOnm，组成空心球的纳米粒子尺寸为10 50nm。3.根据权利要求1所述氧化锌空心球的制备方法，其特征在于所述锌盐为醋酸锌、硝 酸锌、氯化锌或硫酸锌，锌盐的摩尔浓度为0. 005 0. 5mol/L。4.根据权利要求1所述氧化锌空心球的制备方法，其特征在于所述有机溶剂和水的混 合溶剂为二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、二甘醇、乙二醇或丙三醇与水的混合溶剂。5.根据权利要求1或4所述氧化锌空心球的制备方法，其特征在于所述有机溶剂和水 的混合溶剂中，水的体积占混合溶剂体积的5 95体积％。6.根据权利要求1所述氧化锌空心球的制备方法，其特征在于所述超声反应是通过超 声仪完成的，超声仪的功率为50 500W，振幅为10 90%。7.根据权利要求1所述氧化锌空心球的制备方法，其特征在于所述超声反应的时间为 1 180mino8.根据权利要求1所述氧化锌空心球的制备方法，其特征在于所述干燥的温度为20 100°C。全文摘要本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌空心球的制备方法，其特征在于所述制备方法为超声法，包括如下步骤：（１）将锌盐溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中，进行超声反应；（２）将产物离心分离，经过水洗、醇洗、干燥，得到氧化锌空心球。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：匡代彬，何春秀，雷炳新，苏成勇，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]